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多孔羥基磷灰石支架抗菌表面功能化

發(fā)布時間:2020-11-16 06:30
   植入體相關(guān)感染有著很高的臨床發(fā)生率,可能影響病人術(shù)后的恢復(fù),造成植入手術(shù)失敗。而細菌往往需要粘附在植入體表面進行繁殖,因此對植入體表面進行抗菌功能化能有效防止感染發(fā)生。目前,能廣泛地被應(yīng)用于各類植入物的抗菌表面功能化策略較為缺乏,此外,尚無可以有針對性地預(yù)防植入物反復(fù)性感染與遲發(fā)性感染的抗菌功能化表面。因此設(shè)計一種高效持久的植入物抗菌功能化方法有著重要意義。本論文以多孔羥基磷灰石(HA)支架為代表性植入物,并分別應(yīng)用了接觸型抗菌和釋放型抗菌兩種不同的抗菌策略,以期對植入體相關(guān)感染提供有效的防治手段。論文第一部分研究了接觸型抗菌模式,首先通過表面引發(fā)聚合(SI-ATRP)、開環(huán)反應(yīng)和季銨化反應(yīng)將新型季銨鹽抗菌劑PGDED-C6引入HA支架。改性后的HA-PGDED-C6支架表面有著很高的抗菌效果,但在這種方法需要較高的修飾程度,因而廣適性上存在問題;同時改性支架HA-PGDED-C6有一定的細胞毒性。為了解決接觸型抗菌表面的不足之處,論文第二部分研究了長效自適應(yīng)釋放型抗菌表面,可以“智能地”感應(yīng)到細菌并釋放藥物殺死細菌。通過SI-ATRP、開環(huán)反應(yīng)與席夫堿反應(yīng)將骨科臨床常用的抗生素藥物硫酸慶大霉素(GS)負載到支架表面,得到這種自適應(yīng)抗菌支架(HA-GS)。HA-GS上負載的GS可以實現(xiàn)細菌響應(yīng)性釋放-殺死細菌-停止釋放的按需釋放模式。在家兔股骨缺損模型中,HA-GS在植入前期展現(xiàn)了優(yōu)異的抗感染性能,在植入后期極大的修復(fù)了缺損部位。HA-GS在感染條件下也可以發(fā)揮優(yōu)異的骨修復(fù)的功能,有望解決臨床上反復(fù)性感染和遲發(fā)性感染的難題。
【學(xué)位單位】:北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位年份】:2018
【中圖分類】:R318.08
【部分圖文】:

示意圖,表面接觸,支架,示意圖


支架表面采用接枝量相對高的“grafting?from”策略,通過多步表面修飾,最終將含??有季銨基團的陽離子聚合物的引入到支架表面。并對其體外抗菌效果體外生物相??容性進行表征。具體實驗步驟如圖2-1所示。首先在羥基磷灰石表面包覆一層聚??多巴胺(PDA)并用BIBB處理表面在表面接入引發(fā)點,然后進行表面引發(fā)ATRP??反應(yīng)獲得分子刷,最后通過開環(huán)和季銨化反應(yīng)將季銨鹽抗菌組分引入分子刷的側(cè)??鏈,完成抗菌表面修飾。??HA?HArBr?HA-PGMA?HArPGDQ}-Ce???i、H,,|??PCMA?PGDED4C.??圖2-1多孔羥基磷灰石支架表面接觸型抗菌修飾示意圖??Fig.?2-1?Preparation?processes?of?antibacterial?surface?modification??2.2實驗部分??實驗所用到的原料、試劑、儀器,以及實驗步驟如下:??14??

表面微觀形貌,表面微觀形貌,支架,圖像


2.3結(jié)果與討論??2.3.1改性支架的微觀形貌和化學(xué)表征??如圖2-1所示,通過多步修飾將季銨鹽聚合物PGDED-C6引入到多孔羥基??磷灰石表面。為觀察季銨鹽聚合物的引入對支架表面形貌的影響,對支架進行了??SEM觀察。如圖2-2所示,多孔羥基磷灰石支架微觀上是由微米級的羥基磷灰石??顆粒堆積而成。在包覆上聚多巴胺并接入引發(fā)點之后,表面形貌沒有很大變化,??但原本光滑的羥基磷灰石顆粒變得略微粗糙。在引入聚合物PGMA后,可以明??顯看到基底表面被覆蓋,證明了表面引發(fā)聚合成功。表面形貌的顯著變化證明了??聚合物的引入。??wmm??畫??圖2-2改性前后支架表面微觀形貌SEM圖像??Fig.?2-2?Surface?morphology?of?the?pristine?and?modified?scaffolds??為了進一步表征改性后支架表面化學(xué)性質(zhì),在用SEM觀察同時用EDS對表??面的元素組成進行了分析。如表2-3所示,隨著改性進行,支架表面C元素含量??趨向于增高

曲線,支架,曲線,多巴胺


?<0.10?0.39??表面聚合物的含量可以由TG測出,如圖2-3。由于支架本身是煅燒獲得,??所以幾乎沒有熱失重。在包覆上一層聚多巴胺后,支架有1.P/。的熱失重,而接??枝分子刷后,支架有約15%的熱失重。這是由于分子刷具備有三維立構(gòu)結(jié)構(gòu),因??此含量要遠多于聚多巴胺的平面二維包覆。高含量的分子刷給后續(xù)的修飾提供了??充足的官能團數(shù)量,為進一步功能化打下了基礎(chǔ)。但隨著修飾進行,聚合含量并??不是一直升高,其原因可能是聚多巴胺在極性有機溶劑中從基體脫離。最終得到??改性支架中的聚合物含量約為18%。對于表面修飾來說,因為修飾被局限在表面,??往往很難達到一個較高的修飾量。但通過在多孔支架表面的引發(fā)聚合,成功地引??入了高達10%-20%的聚合物,極大的增加了聚合物的修飾量,這得益于聚合物??刷自下而上的空間立體結(jié)構(gòu)。???H
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